有机光电功能材料的瞬态光电压及磁效应研究

论文摘要

有机小分子太阳能电池由于其良好的应用前景,近十年来一直是研究领域的热门话题之一。然而,以现在有机太阳能电池的效率和寿命,仍旧远远不能满足工业化的要求。由于人们对有机太阳能电池光电过程的基本物理机制以及影响这些过程的因素的认识有限,很多问题尚不清楚,阻碍了有机小分子太阳能电池的改良过程,限制了能量转换效率和寿命提高。我们的研究基于小分子体系的有机太阳能电池,在磁效应以及界面拆分两个方面进行实验研究,从而推进对激子过程的认识。在界面拆分方面,我们利用瞬态光电压的测量方法研究了ITO/pentacene界面拆分的情况。发现在室温下,ⅠTO/pentacen界面没有可观察到的界面拆分,并且该结果与内建场的方向以及并五苯厚度无关。变温的光谱实验进一步表明并五苯的激子发光行为和无机半导体中的激子类似,在室温下易于转变成自由载流子,这可能也进一步降低了ITO/pentacen界面的激子拆分。在磁效应方面,有机小分子太阳能电池与有机发光器件一样,对于磁场的调制有着一定的响应。在外磁场1500Oe的调制作用下,有机小分子太阳能电池的短路电流上升了约2.5%,开路电压所受影响较小,约为0.2%；磁场对器件的暗态电流无影响。也就是说,器件的光电流在磁场的作用下随着磁场的增加而增加。因而可以认为,磁场对于太阳能电池中的激子过程起到了调制作用,从而最终调制了整个器件产生光电子的效率。相信进一步的实验和理论分析会有助于进一步认识清楚单三线态激子受磁场作用的情况。除此之外,本文工作还利用Matlab程序数值模拟有机太阳能电池并优化膜系结构,以指导实验工作的开展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 有机小分子太阳能电池研究背景概述
• 1.2 有机小分子太阳能电池结构及基本工作机理
• 1.3 有机小分子太阳能电池的表征
• 1.3.1 Ⅰ-Ⅴ特征曲线
• 1.3.2 传输矩阵计算多层膜光分布
• 1.3.3 外量子效率
• 1.4 有机半导体中的激子
• 本章参考文献
• 第二章 实验设备与实验技术
• 2.1 高真空热蒸发系统
• 2.2 模拟太阳光系统
• 2.3 Ⅰ-Ⅴ测量系统
• 2.4 磁场、光学系统
• 2.5 纳秒瞬态光电压测量系统
• 2.6 低温光致发光测量系统
• 2.7 样品的制备方法
• 2.7.1 衬底及其预处理方法
• 2.7.2 薄膜的生长与材料的性质
• 本章参考文献
• 第三章 瞬态光电压方法研究并五苯材料
• 3.1 研究背景
• 3.2 ITO/pentacene界面拆分的瞬态光电压谱
• 3.3 研究结论
• 本章参考文献
• 第四章 有机小分子太阳能电池的磁效应研究
• 4.1 研究背景
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.3 实验结果分析讨论
• 本章参考文献
• 第五章 Matlab数值模拟优化有机太阳能电池
• 5.1 遗传算法介绍
• 5.2 遗传算法的一般算法
• 5.3 人机交互界面（GUI,Graphical User Interface）
• 附录: 部分源代码
• 致谢